تخمين پارامترهاي مدل رفتاري مواد الاستومري با استفاده از آزمايشات كشش تك محوره

Evaluation of constitutive model parameters of elastomeric materials using uniaxial tensile tests

مواد الاستومري به علت توانايي تحمل كرنش‌هاي كششي بيش از 500% بدون هيچ گونه گسيختگي و تغيير شكل دائمي موادي ايده‌آل جهت كاربرد در بسياري از صنايع از جمله اتوموبيل سازي، هوافضا، انواع موتورهاي مكانيكي و الكتريكي، انواع تايرها، و بسياري از تجهيزات پزشكي مي باشند. مضاف بر آن در پروژه هاي عمراني بعنوان جداگرهاي لرزه‌اي، تكيه‌گاه‌هاي سازه‌اي، ميراگرهاي الحاقي و غيره كاربرد دارند. پيش بيني رفتار تنش-كرنش مواد الاستومري داراي اهميت زيادي در طراحي است. يكي از چالش هاي مهم در مدل سازي المان محدود قطعات الاستومري انتخاب مدل رفتاري مناسبي است كه بتواند وضعيت الاستومر در كرنش‌هاي مختلف را به خوبي شبيه‌سازي نمايد. در مواد الاستومري به دليل غير خطي بودن رابطه ي بين تنش و كرنش، به جاي قانون هوك از مدل هاي رفتاري هايپر الاستيك استفاده مي شود. در مقاله حاضر عملكرد مدل‌هاي هايپرالاستيك مختلف موجود در ادبيات تحقيق كه بر اساس نتايج آزمايش كشش تك محوره كاليبره شده اند مورد ارزيابي قرار گرفته است. مدل سازي ها توسط نرم افزار المان محدود MSC.MARC انجام گرفته است. دقت مدل‌هاي رفتاري بررسي شده در بازه‌هاي مختلف كرنش كششي نشان داد، مدل‌هاي نئو-هوك و آرودا-بويس مدل هاي مناسبي براي محدوده ي كرنش هاي كوچك و مدل هاي اگدن و يه او مدل هاي رفتاري مناسبي براي محدوده ي گسترده اي از كرنش ها هستند.

The ability of elastomers to withstand very large strains (of beyond 500%) without breakage or permanent deformation makes them an ideal material for many applications, including, but not limited to, aerospace, medical, and automobile industries, bridge bearings, seismic isolation, and supplemental dampers. It is essential for design purposes to simulate accurately the response behavior of elastomers under various loading conditions. Given the nonlinear stress-strain relationship in an elastomeric material, a hyperelastic model, instead of Hooke's law, must be employed in stress analysis of the material. The literature includes a variety of constitutive hyperelastic models for elastomeric materials. However, choosing a suitable constitutive model that simulates the elastomer stress-strain behavior under different loading conditions is challenging. This paper examines the effectiveness of various hyperelastic models of which the constant model parameters have been evaluated using the results of a standard uniaxial tensile test conducted at different strain values. The model parameters are evaluated through a curve fitting technique performed by MSC-MARC, a commercial finite element software program. A thorough examination of the efficiency and accuracy of various hyperelastic constitutive models at different strain ranges shows that the Neo-Hooken and Arruda-Boyce are suitable models for the range of small deformations, and the Ogden and Yeoh models are suitable for a wide range of deformations.